一種模擬連續(xù)沖擊剪切加載的試驗(yàn)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種模擬連續(xù)沖擊剪切加載的試驗(yàn)裝置，沖擊載荷機(jī)構(gòu)包括由中心柱和嵌套在中心柱頂部半徑依次增大的一組套環(huán)組成的落錘、吊裝套環(huán)的繩索和中心柱貫穿其中心固定的蓋板；試樣沖剪機(jī)構(gòu)為位于沖擊載荷機(jī)構(gòu)下部的壓力室，壓力室內(nèi)設(shè)有橡皮膜套包覆的試樣腔，橡皮膜套內(nèi)試樣腔的上部和下部分別設(shè)有上剪切盒和下剪切盒；該剪切裝置中剪切塊和變形塊剛度的差異性使軸向力轉(zhuǎn)化為剪切力，實(shí)現(xiàn)了試樣豎直向的直接剪切試驗(yàn)功能，剪切面確定，且剪切加載、正壓力施加方便，便于測(cè)量試樣在沖剪作用下的強(qiáng)度變化；該裝置中各實(shí)心環(huán)的質(zhì)量相等，通過控制下落高度，能夠有效的控制沖擊能，從而能夠較準(zhǔn)確的確定試樣動(dòng)載作用下剪切等力學(xué)參數(shù)。
【專利說明】一種模擬連續(xù)沖擊剪切加載的試驗(yàn)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及巖土力學(xué)、巖土工程領(lǐng)域，具體涉及一種連續(xù)動(dòng)載沖剪條件下試樣剪切面強(qiáng)度測(cè)試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]巖土工程領(lǐng)域中，巖土體的剪切破壞是一種常見的破壞形式，而剪切面形成后，剪切面的強(qiáng)度指標(biāo)及力學(xué)特性則是計(jì)算巖土穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，直接剪切試驗(yàn)是獲取巖土基本力學(xué)參數(shù)的主要技術(shù)手段與方法。
[0003]實(shí)踐中，動(dòng)載作用下巖土體的強(qiáng)度與靜荷載相比具有明顯差異，即便動(dòng)載較小，當(dāng)荷載具有一定的變化速率時(shí)，巖土體剪切面承受動(dòng)載沖擊的能力差異巨大，但剪切面在動(dòng)載沖剪下的強(qiáng)度變化卻很難測(cè)量，原因在于直接剪切試驗(yàn)很難獲得連續(xù)沖剪荷載。
[0004]特別地，由顆粒介質(zhì)膠結(jié)而成的土石混合介質(zhì)，顆粒差異性和剪切面的復(fù)雜性對(duì)剪切面抗剪強(qiáng)度影響較大，現(xiàn)行試驗(yàn)規(guī)程中對(duì)該類介質(zhì)動(dòng)態(tài)抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)尚無規(guī)定，因此，研制連續(xù)沖擊剪切試驗(yàn)方法有較好的工程實(shí)踐價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可獲得連續(xù)沖剪載荷的模擬連續(xù)沖擊剪切加載的試驗(yàn)裝置。
[0006]技術(shù)方案:本發(fā)明提供了一種模擬連續(xù)沖擊剪切加載的試驗(yàn)裝置，包括沖擊載荷機(jī)構(gòu)和試樣沖剪機(jī)構(gòu)，所述沖擊載荷機(jī)構(gòu)包括由中心柱和嵌套在中心柱頂部半徑依次增大的一組套環(huán)組成的落錘、吊裝套環(huán)的繩索和中心柱貫穿其中心固定的蓋板，所述試樣沖剪機(jī)構(gòu)為位于沖擊載荷機(jī)構(gòu)下部的壓力室，壓力室內(nèi)設(shè)有橡皮膜套包覆的試樣腔，橡皮膜套內(nèi)所述試樣腔的上部和下部分別設(shè)有上剪切盒和下剪切盒；沖擊載荷機(jī)構(gòu)采用半徑依次增大的套環(huán)作為落錘，套環(huán)沿著中心柱自由下落連續(xù)沖擊蓋板，蓋板帶動(dòng)中心柱產(chǎn)生位移并通過中心柱將載荷傳遞給上剪切盒，通過試樣沖剪機(jī)構(gòu)的上下剪切盒可將此軸向力轉(zhuǎn)化為剪切力，從而實(shí)現(xiàn)了試樣豎直向的直接剪切試驗(yàn)功能，測(cè)試試樣在連續(xù)沖剪作用下破壞性倉泛。
[0007]為了保證試驗(yàn)中每次沖擊載荷能相等，相鄰兩個(gè)所述套環(huán)之間位于內(nèi)層的套環(huán)的外徑等于位于外層套環(huán)的內(nèi)徑，且所有套環(huán)的質(zhì)量相等。
[0008]為了達(dá)到升降改進(jìn)落錘的目的，在所述套環(huán)的上表面徑向兩端分別通過繩索吊起并繞過裝置頂部的橫向滾軸，所述橫向滾軸在繩索繞過的部分設(shè)有凹槽，可保證改進(jìn)落錘在升降過程中不會(huì)產(chǎn)生大幅度搖擺，以保障試驗(yàn)安全。
[0009]進(jìn)一步，所述上剪切盒和下剪切盒均包括剪切塊和變形塊，上剪切盒的剪切塊和下剪切盒的變形塊上下對(duì)應(yīng)，上剪切盒的變形塊和下剪切盒的剪切塊上下對(duì)應(yīng)，且上剪切盒的剪切塊和變形塊的剪切面和下剪切盒的剪切塊和變形塊的剪切面共面；相對(duì)于現(xiàn)有的剪切裝置，本裝置可通過上下剪切盒的剪切塊和變形塊把軸向力(包括軸向動(dòng)荷載)轉(zhuǎn)化為沿剪切面的豎向剪切力，形成穩(wěn)定連續(xù)的剪切加載作用于試樣。
[0010]優(yōu)選的，所述變形塊為海綿塊、塑膠板或泡沫塊，所述剪切塊為鐵塊或鋼塊；變形塊選用剛度較小的材料，可用來固定試樣，監(jiān)測(cè)剪切位移，剪切塊選用剛度較大的材料，在軸向力的作用下變形可忽略不計(jì)，當(dāng)軸向力傳遞給剪切盒時(shí)，變形塊剛度較小，可以忽略在剪切過程中對(duì)剪切塊的阻力，在上剪切盒和下剪切盒的剪切塊共同作用下，在變形塊和剪切塊之間可形成一豎向剪切面。
[0011]為了降低壓力室與橡皮膜套之間的摩擦，減少摩阻力對(duì)剪切試驗(yàn)的影響，所述壓力室和所述橡皮膜套之間填充有壓力油。
[0012]有益效果:1、該剪切裝置中剪切塊和變形塊剛度的差異性使軸向力轉(zhuǎn)化為剪切力，實(shí)現(xiàn)了試樣豎直向的直接剪切試驗(yàn)功能，剪切面確定，且剪切加載、正壓力施加方便，便于測(cè)量試樣在沖剪作用下的強(qiáng)度變化；2、該裝置中各實(shí)心環(huán)的質(zhì)量相等，通過控制下落高度，能夠有效的控制沖擊能，從而能夠較準(zhǔn)確的確定試樣動(dòng)載作用下剪切等力學(xué)參數(shù)；3、該裝置結(jié)構(gòu)緊湊，制作方便。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為落錘處的局部放大圖；
[0015]圖3為套環(huán)的俯視圖；
[0016]圖4為套環(huán)的側(cè)視圖；
[0017]圖5為試樣沖剪機(jī)構(gòu)的局部放大圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于所述實(shí)施例。
[0019]實(shí)施例:一種模擬連續(xù)沖擊剪切加載的試驗(yàn)裝置,如圖1所示，包括沖擊載荷機(jī)構(gòu)和試樣沖剪機(jī)構(gòu),沖擊載荷機(jī)構(gòu)(如圖2所示)包括鋼桁架1、滾軸支座2、滾軸3、落錘4、繩索5、蓋板6和中心柱9，中心柱9縱向穿過蓋板6并固定，落錘4由四個(gè)半徑依次增大但質(zhì)量相等的套環(huán)10 ;11 ;12 ; 13組成，由大至小嵌套在中心柱9的頂部，如圖3所示，相鄰兩個(gè)套環(huán)10 ；11；12；13之間位于內(nèi)層的套環(huán)10 ；11 ；12 ；13的外徑等于位于外層套環(huán)10 ;11 ;12 ；13的內(nèi)徑，中心柱9為圓柱體，截面半徑為R1，套環(huán)10 ；11 ；12 ；13的截面為圓環(huán)，套環(huán)10的內(nèi)外半徑分別為Rl和R2，套環(huán)11的內(nèi)外半徑分別為R2和R3，套環(huán)12的內(nèi)外半徑分別為R3和R4，套環(huán)13的內(nèi)外半徑分別為R4和R5，各個(gè)套環(huán)10 ;11 ;12 ;13的質(zhì)量分別為Ml、M2、M3和M4，為保證一次試驗(yàn)中的每次沖擊載荷相等，每個(gè)套環(huán)10 ;11 ;12 ;13的質(zhì)量都等于M，則落錘4的各部分之間有如下關(guān)系:
[0020]Ml = M2 = M3 = M4 = M
[0021]M= P V, V = HXS
【權(quán)利要求】
1.一種模擬連續(xù)沖擊剪切加載的試驗(yàn)裝置，其特征在于:包括沖擊載荷機(jī)構(gòu)和試樣沖剪機(jī)構(gòu)，所述沖擊載荷機(jī)構(gòu)包括由中心柱和嵌套在中心柱頂部半徑依次增大的一組套環(huán)組成的落錘、吊裝套環(huán)的繩索和中心柱貫穿其中心固定的蓋板；所述試樣沖剪機(jī)構(gòu)為位于沖擊載荷機(jī)構(gòu)下部的壓力室，壓力室內(nèi)設(shè)有橡皮膜套包覆的試樣腔，橡皮膜套內(nèi)所述試樣腔的上部和下部分別設(shè)有上剪切盒和下剪切盒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬連續(xù)沖擊剪切加載的試驗(yàn)裝置，其特征在于:相鄰兩個(gè)所述套環(huán)之間位于內(nèi)層的套環(huán)的外徑等于位于外層套環(huán)的內(nèi)徑，且所有套環(huán)的質(zhì)量相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬連續(xù)沖擊剪切加載的試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述套環(huán)的上表面徑向兩端分別通過繩索吊起并繞過裝置頂部的橫向滾軸，所述橫向滾軸在繩索繞過的部分設(shè)有凹槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬連續(xù)沖擊剪切加載的試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述上剪切盒和下剪切盒均包括剪切塊和變形塊，上剪切盒的剪切塊和下剪切盒的變形塊上下對(duì)應(yīng)，上剪切盒的變形塊和下剪切盒的剪切塊上下對(duì)應(yīng)，且上剪切盒的剪切塊和變形塊的剪切面和下剪切盒的剪切塊和變形塊的剪切面共面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的模擬連續(xù)沖擊剪切加載的試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述變形塊為海綿塊、塑膠板或泡沫塊，所述剪切塊為鐵塊或鋼塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬連續(xù)沖擊剪切加載的試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述壓力室和所述橡皮膜套之間填充有壓力油。
【文檔編號(hào)】G01N3/34GK103728191SQ201310699722
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2013年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月18日
【發(fā)明者】石崇, 李德杰, 王芳, 陳凱華, 徐衛(wèi)亞, 王海禮, 張玉龍, 王秀菊, 朱其志, 孫懷昆 申請(qǐng)人:河海大學(xué)